地下矿山废石—全尾砂高浓度管输充填应用基础研究

地下矿山固体废料充填采矿是解决矿山废尾排放的最有效途径，是绿色采矿的主体支撑技术之一。矿山废石-全尾砂管输充填工艺要求料浆应具有高浓度、高流态、自密实和低成本特点。本项研究进行废石-全尾砂高浓度管输充填的应用基础关键问题研究：①基于骨料堆集过程中填隙效应，建立多元骨料的堆集密实度模型、废石集料-全尾砂的最优级配方程，分析料浆级配与料浆管输稳定性和强度的影响规律，以解决多个矿山废石与全尾砂充填的级配适应性难题；②研究建立废石-全尾砂料浆的全流变本构模型和新的管输阻力方程，研究料浆流变特性及其多因素影响规律，深入分析料浆流变特性及管输特性与料浆级配的关系，为管输充填系统沿程阻力计算和系统设计提供理论与技术支撑。本项目前期研究基础良好，目前未见到有关"矿山废石-全尾砂的级配理论"、"高浓度复合料浆的全流变本构、全流变曲线"的相关资料。

随着国家优先推行充填采矿法导向政策和绿色矿山建设的深入贯彻落实，充填采矿的应用越来越广泛。“发展绿色开采技术，实现矿区生态环境无损或受损最小；发展无废或少废的工艺技术，最大限度地减少废弃物的产生。”已成为矿山的创新主方向。废石与尾砂是矿山的大宗固体废料且产量稳定，实现矿山固废充填采矿是解决废尾排放的最有效途径，是绿色采矿的主体支撑技术。项目深入开展了废石-尾砂高浓度充填料浆的级配、强度、流变、流态、管输特性等应用基础研究，符合矿山充填技术的发展趋势和需要，属矿业工程学界公认的前沿性研究课题和技术难题范畴。.充填骨料良好的级配是获得高强度、低成本和管输稳定的前提。本项研究选取5座矿山固废进行了625组级配实验和堆集密实度实验，建立了废石—全尾砂的堆集密实度模型、充填骨料级配方程及最优级配，模型理论计算结果与实验结果符合良好。成果属首创，可有效确定不同矿山的废石-尾砂最优配比。.充填体强度是配合比设计的基础，直接决定采矿安全问题。本项研究完成了1400余组胶结强度正交实验，系统研究了胶结强度与材料堆集密实度、水灰比、灰砂比的内在关联规律。应用统计分析法，建立了废石-尾砂的胶结强度预测模型，综合考虑了骨料、水泥和水对强度的影响，属首创。模型对废石-尾砂胶结体强度的预测精度高，可用于实际充填工程参数设计值的初步计算。.浆体流变性质直接影响搅拌方式、管输稳定性与阻力大小。研究完成了废石料浆、全尾砂料浆、废石—全尾砂料浆的流变实验480余组，详细研究了浆体流变特性，建立了废石-全尾砂料浆的全流变本构方程。研究了屈服应力、粘度的多因素（骨料级配、水泥用量、浓度等）影响规律，建立了废石-尾砂浆体高浓度判据及屈服应力与粘度的计算模型。.充填料浆管输特性及阻力直接决定充填系统的设计和生产，影响因素多。根据环管实验结果，基于量纲分析法建立了废石-尾砂高浓度料浆的管输阻力模型，为充填系统设计和工艺应用提供了理论支持。.项目构建了废石-全尾砂高浓度管输充填理论与技术体系，开发了废石破碎集料/粗砂—全尾砂料浆高浓度高流态管输（泵压/自流）充填技术，具有“高浓度、高流态、自密实、低成本”的特点。成果在金川矿区、云铜集团等矿山推广应用。 .研究中培养博士生2名，毕业硕士8名，发表论文22篇（SCI1篇、EI5篇、ISTP4篇），获省部级科学技术奖一等奖1项。